箱型體結(jié)構(gòu)焊接變形工藝控制

1、箱型體結(jié)構(gòu)焊接變形工藝控制呂家才 （天津重鋼機械裝備股份有限公司 天津300459）【摘要】主要針對箱型體結(jié)構(gòu)焊接易變形，且變形后不易矯正的現(xiàn)象，提出合理的焊接工藝方法。從裝配順序、熱輸入控制及焊接順序等方面著手，有效控制了焊接變形，達到了預(yù)期效果。實踐證明：此焊接工藝不僅對控制箱體焊接變形有顯著效果，并且間接降低了公司的生產(chǎn)成。【abstract】With the deformation of welding box structure ,and the phenomenon of the deformation is not easy to correct ,the welding pro

2、cess was proposed reasonable. Starting from the aspects of assembly sequence and the heat inputs control and welding sequence, Effective control of welding deformation, to achieve the desired effect . Practice has proved: this welding process not only control the welding deformation and indirectly r

3、educe the company's the cost of production【關(guān)鍵詞】箱型結(jié)構(gòu) 焊接變形 Q345D鋼板 CO2氣體保護焊 焊接順序隨著世界工業(yè)化進程的加快，重型裝備制造業(yè)得到了快速發(fā)展，而箱型結(jié)構(gòu)體是重型裝備的重要結(jié)構(gòu)，所以保證箱型結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量也就顯得尤為重要。箱型體結(jié)構(gòu)由于自身結(jié)構(gòu)及焊接填充量大等各種原因，很難保證其焊接后的變形量，焊接后尺寸達不到圖紙要求。本文針對這一現(xiàn)象從焊接順序及焊接熱輸入等方面較好的控制了大型箱體結(jié)構(gòu)的焊接變形。1.箱型結(jié)構(gòu)焊接變形分析1.1 焊接變形形成原理所有的熔化焊都經(jīng)過熱源的加熱，使接頭處的母材及填充材料熔化，然后冷卻結(jié)晶后

4、就形成焊縫。焊接加熱和冷卻過程是極不均勻而且遠離平衡狀態(tài)的，因而形成復(fù)雜的瞬態(tài)溫度場和應(yīng)力應(yīng)變場1。由于材料在加熱及冷卻過程中受到約束力，因而產(chǎn)生塑性變形，在焊后的結(jié)構(gòu)中將會一直存在非協(xié)調(diào)應(yīng)變，從而產(chǎn)生非常大的殘余應(yīng)力和變形。1.2 焊接變形的影響因素焊接其實是一個局部加熱的過程，被焊接材料因為加熱和冷卻會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力及變形。其中影響焊接變形的主要因素有2:(1) 焊縫的填充量大，熱輸入大，材料的變形就大。(2) 焊接時的線能量越大，各焊接參數(shù)越大，引起的變形越大。(3) 在不對稱焊時，相偏差的越大，焊接后的變形越大。 (4) 被焊結(jié)構(gòu)件的剛性越小，焊接后變形越大。1.3 箱型結(jié)構(gòu)體的變

5、形原因箱型結(jié)構(gòu)體是由四塊平板拼接而成，每塊長度為5m，面板寬度1240mm，腹板寬度1440mm。設(shè)計為了提高構(gòu)件的剛度及抗扭能力，在箱體內(nèi)加設(shè)了帶減輕孔的隔板。隔板四周采用填角焊，箱體四條主焊縫采用雙面坡口焊接。箱型體截面見圖1，坡口形式及坡口尺寸見圖2。由于焊接量太大且熔合截面大，焊接過程中內(nèi)部不均勻的加熱和冷卻，會導(dǎo)致被焊構(gòu)件各部位的金屬收縮程度不同，造成焊接變形3。由于箱型結(jié)構(gòu)體的拼裝方案、焊接順序和焊接方向等因素都會使箱型構(gòu)件產(chǎn)生彎曲、扭曲和收縮等變形。因此，要在沒有專用工裝的情況下使焊接后的箱型體達到標準及技術(shù)文件的要求，就要使用合理的拼裝方案及焊接工藝，采用正確的焊接順序及焊接方

6、向，盡可能的使變形量達到最小。否則箱體結(jié)構(gòu)被焊后變形過大，若變形超標，將很難再矯正，甚至造成構(gòu)件報廢，導(dǎo)致不必要的浪費，無形中增加了成本。 圖1 圖22.從工藝角度出發(fā)控制箱體焊接變形 2.1 組裝順序控制變形由于構(gòu)件較大且焊接填充量大，如果采用邊組裝邊焊接的方式會因焊接變形使拼裝受阻?？紤]到箱型構(gòu)件的斷面尺寸大，里面的空間可以滿足內(nèi)部焊接的需要，并且焊接人員可以從隔板中間的孔通過，可以進入箱體內(nèi)部焊接，因此采用先組裝后整體焊接的方法。使用正裝法，即下蓋板在下依次組裝腹板及隔板，一次組裝成U型構(gòu)件，定位完成，再將U型構(gòu)件中隱避焊縫焊完。最后蓋上上蓋板，組裝成箱型體構(gòu)件，并在四條主焊縫的兩端裝好

7、引弧板。2.2 減小焊接熱輸入控制變形2.2.1 選擇熱輸入較小的焊接方法 埋弧自動焊焊接效率高，焊縫質(zhì)量好，成型效果好，焊接操作人員勞動強度低，但焊接線熱能較高。對于大型箱型結(jié)構(gòu)體的焊接不宜單獨使用埋弧焊，并且箱體內(nèi)部有隔板不宜使用。可以選擇CO2氣體保護焊，這種焊接方法既能保證焊接效率又能有效減小焊接熱輸入，很好的控制了箱體焊接變形。2.2.2 焊接規(guī)范的選擇母材材質(zhì)為Q345D，箱體四個角為T型接頭K型坡口焊縫，隔板四周為雙面角焊縫，組成箱體的四塊板t=25mm,箱體內(nèi)隔板t=10mm。選取規(guī)范范圍內(nèi)較小熱輸入的參數(shù)焊接，以控制焊接變形。箱體四條主焊縫FCAW焊接參數(shù)規(guī)定范圍見TABLE

8、 .隔板與箱體的角焊縫FCAW焊接參數(shù)選擇見TABLE 2.3 合理的焊接順序控制焊接變形由于箱體的焊接量相當大，所以焊接順序的合理性就顯得格外重要。不合理的焊接順序會導(dǎo)致熱輸入累加過大，焊接應(yīng)力不能得到釋放，最終導(dǎo)致箱體變形過大。因此為了控制焊接變形保證焊接質(zhì)量，制定并嚴格實施合理的焊接工藝，按照正確的焊接順序焊接箱體結(jié)構(gòu)。(1) 焊接時各參數(shù)嚴格按照規(guī)定要求選擇。(2) 焊接箱體四條主焊縫的方向為從中間向兩頭焊接。(3) 組對好的U型構(gòu)件，首先焊接隔板與兩塊腹板的立角焊縫。為防止隔板自由邊變形在焊接之前可在距離隔板自由邊50mm處加一臨時筋板，筋板規(guī)格為PL 10×80×

9、;1000，筋板與隔板點焊住，在焊接完隔板的三面角焊縫后去除。焊接兩條立角焊縫時為減少熱輸入防止變形，可采用分段退焊法，每段長度為350mm，焊接方向為從里往外焊接。(4) 焊接隔板與下面板的平角焊縫。此處焊縫可由兩人在兩面同時焊接，焊接方向一致。(5) 焊接箱體主焊縫時要特別注意溫度的控制，防止焊接缺陷的出現(xiàn)，焊前預(yù)熱溫度不小于165，層間溫度不大于250。(6) 焊接兩腹板與下面板的內(nèi)側(cè)坡口焊。每條焊縫由兩人同時從中間向兩邊焊接。焊接時注意熱輸入的控制，每層焊接后都要清渣干凈。(7) 把構(gòu)件翻身并與上面板組裝好，焊接隔板與上面板的平角焊縫，焊接方法與(4)相同。(8) 焊接兩腹板與上面板的

10、內(nèi)側(cè)坡口焊。同樣采用兩人從中間向兩端同時焊接，兩人的焊接參數(shù)選擇相同。(9) 焊接兩腹板與上面板的外側(cè)坡口焊。在焊接之前先要對內(nèi)側(cè)焊縫背面清根，要清根到無缺陷，清根時注意不要使碳棒傷到上面板。清根完成后焊接，焊接后注意清理焊渣及飛濺。(10)焊接兩側(cè)腹板與下面板的外側(cè)坡口焊。先把箱體翻身，使待焊焊縫處在平角焊位置，方便焊接。在焊接之前，先要對腹板與下面板的內(nèi)側(cè)坡口焊進行背面清根。清根到無缺陷后方可焊接此處焊縫。焊接時同樣要注意焊接溫度的控制，熱輸入不宜過大。3.焊接變形后的矯正 焊接過程是一種復(fù)雜的熱物理現(xiàn)象，由于復(fù)雜熱源的影響變形是不可避免的，在焊接工程中只能盡可能減小變形。對于箱型體結(jié)構(gòu)焊接后的局部變形可根據(jù)現(xiàn)場被焊構(gòu)件的實際變形情況使用機械矯正及火焰加熱配合矯正。矯正時一般先矯正主體后矯正局部，優(yōu)先矯正主要構(gòu)件，后矯正附件。4.焊后結(jié)果分析 焊接時嚴格按照以上裝配及焊接工藝執(zhí)行，能很好的控制焊接變形。焊后的彎曲、扭曲、收縮尺寸量均在設(shè)計要求范圍之內(nèi)，為后續(xù)現(xiàn)場裝配安裝工作提供了方便。由于減少了修復(fù)矯正工作，也間接的降低了成本。5.結(jié)論 （1）在焊接前對箱型體構(gòu)件結(jié)構(gòu)及變形因素分析，有利于找到控制焊接變形的方法。 （2）裝配順序、熱輸入控制、焊接順序等對箱體焊接變形有很大影響，特別是采用合理的焊接順序能很好的控制焊接變形。